肖運(yùn)昌+++梅瓊++朱昌勇++楊如曙

摘 要：《電磁場(chǎng)理論》是工科電子類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，教與學(xué)方面均存在改革優(yōu)化的必然趨勢(shì)。本文通過課程中復(fù)雜數(shù)學(xué)概念的“立體圖像具體化”、眾多物理定理定律的“縱橫推廣普及化”以及熱門前沿知識(shí)點(diǎn)的“深入研究精細(xì)化”這三點(diǎn)來優(yōu)化其教研內(nèi)容，以積極應(yīng)對(duì)本科院校應(yīng)用轉(zhuǎn)型的迫切改革需求。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)理論 教研結(jié)合 “三化”課程改革

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

作者簡(jiǎn)介：肖運(yùn)昌（1980-），男，漢，湖北黃石人，博士，，現(xiàn)任職于湖南文理學(xué)院，講師，研究方向：物理電子的教學(xué)及科研研究。

基金項(xiàng)目：本文系湖南文理學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：119005011）：《電磁場(chǎng)理論》課程的“三化”教學(xué)教研改革。

引言

《電磁場(chǎng)理論》課程是高等院校電子、通信類專業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)及核心課程 。作為工科電子類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，它也是“微波技術(shù)”“天線”“電波傳播”及“電磁兼容”等課程的理論基礎(chǔ)。該門課程主要介紹電磁場(chǎng)與電磁波兩個(gè)方面的基本概念，具有理論性強(qiáng)、概念抽象和數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣等特點(diǎn)，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象、抽象思維和邏輯推理能力，一直被公認(rèn)是難教難學(xué)的課程之一。近年來，許多高校對(duì)該課程的教學(xué)教研進(jìn)行了多方面的改革與探討[1-3]。

一、課程特點(diǎn)

對(duì)于《電磁場(chǎng)理論》這門課程，教學(xué)內(nèi)容方面，其改革項(xiàng)目主要包括教材選擇、知識(shí)點(diǎn)安排、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的引入等[1.2]：比如教材內(nèi)容上，對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行修訂或教學(xué)內(nèi)容的精簡(jiǎn)，對(duì)章節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?；同時(shí)充實(shí)工程實(shí)用案例，增強(qiáng)現(xiàn)代化氣息，擴(kuò)大知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[3]；教學(xué)手段方面，該課程改革體現(xiàn)在兩點(diǎn)：引入MATLAB軟件模擬工具[4]和恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用多媒體教學(xué)手段，主要探索如何在教學(xué)中將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合；教研結(jié)合方面，主要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解一般電磁理論的同時(shí)，引入類似知識(shí)應(yīng)用處理方法，以利學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握應(yīng)用。總之，通過課程改革，使學(xué)生勇于實(shí)踐，善于應(yīng)用，勤于應(yīng)用。

我們根據(jù)教學(xué)實(shí)踐和《電磁場(chǎng)理論》課程的特點(diǎn)，就近年于該門課程教學(xué)教研所積累的方法和經(jīng)驗(yàn)，試圖通過教研結(jié)合“三化”《電磁場(chǎng)理論》課程的知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容，積極應(yīng)對(duì)本科院校的應(yīng)用轉(zhuǎn)型。

二、“三化”課程改革

整體而言，“三化”可解釋為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)《電磁場(chǎng)理論》中復(fù)雜數(shù)學(xué)物理概念的“立體圖像具體化”，眾多物理定理定律認(rèn)識(shí)的“縱橫推廣普及化”，以及熱門前沿知識(shí)點(diǎn)的“深入研究精細(xì)化”。通過“三化”學(xué)習(xí)研究該課程，使學(xué)生體會(huì)到理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的樂趣，掌握知識(shí)的同時(shí)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)打好基礎(chǔ)?！叭睂W(xué)習(xí)在《電磁場(chǎng)理論》課程教學(xué)中優(yōu)化的核心內(nèi)容概括體現(xiàn)如下。

（1） 教學(xué)內(nèi)容圖像具體化

經(jīng)過相關(guān)知識(shí)與專業(yè)課程的認(rèn)真調(diào)研，擬對(duì)所講授知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與分類。首先，對(duì)于矢量分析部分，我們結(jié)合軟件編程，利用立體圖形全面動(dòng)態(tài)展示標(biāo)量的梯度，矢量的散度、環(huán)流與旋度等重要概念，通過圖形與數(shù)學(xué)公式相結(jié)合的方式，來加深學(xué)生對(duì)于這系列基礎(chǔ)數(shù)學(xué)概念的認(rèn)識(shí)理解；同時(shí)，多側(cè)面聯(lián)系具體物理實(shí)例，展示斯托克斯定理、格林定理及亥姆霍茲定理在相關(guān)物理模型中的應(yīng)用和意義，讓學(xué)生通過理論公式和模型的結(jié)合來認(rèn)識(shí)該門課程中重要數(shù)學(xué)概念在具體實(shí)在的三維立體表現(xiàn)及物理表達(dá)。

（2）理論知識(shí)縱橫普及化

在理論教學(xué)中引入MATLAB仿真軟件，簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)諸多物理定理和過程的算法功能演示，在加深知識(shí)理解、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、物理模型與數(shù)學(xué)分析能力以及處理問題創(chuàng)新能力等方面進(jìn)行啟發(fā)。本項(xiàng)目實(shí)踐中，初步擬定對(duì)幾個(gè)簡(jiǎn)單的電磁波基本定律及傳播過程的圖形演示。因此，在該課程的教學(xué)過程中，雖沒有基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與之相對(duì)應(yīng)，但可對(duì)照該理論課程的一些特點(diǎn)，引入相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如邊界條件的建立，電流密度在不同空間的表達(dá)形式動(dòng)態(tài)分布，電磁介質(zhì)的極化和磁化，電磁波傳播過程的MATLAB實(shí)現(xiàn)等，建立完整而扎實(shí)的計(jì)算機(jī)模擬、理論研究和實(shí)踐應(yīng)用發(fā)展“三位一體”的教研方式。

于物理定理定律的認(rèn)識(shí)理解方面，我們不僅縱向深入探討該類結(jié)論所引起的本質(zhì)起源，還對(duì)其作橫向推廣，介紹這些結(jié)論在其它領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變應(yīng)用和發(fā)展完善。以電磁波在不同介質(zhì)傳播所遵守的邊界條件為例，可由該約束條件深入探討其理論本質(zhì)來源于粒子數(shù)守恒這一基本自然定律；也可橫向聯(lián)系其它粒子傳播于不同空間或介質(zhì)中所遵循的粒子流守恒定律，如不同區(qū)域液體的流動(dòng)、不同物質(zhì)之間粒子的透射以及半導(dǎo)體中的電子輸運(yùn)等，由此得到各種傳輸形態(tài)下邊界條件的不同表達(dá)形式的本質(zhì)，增加學(xué)生對(duì)自然科學(xué)探索的趣味性，啟發(fā)學(xué)生對(duì)不同物理現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的關(guān)聯(lián)性。

（3）教研結(jié)合深入精細(xì)化

電磁場(chǎng)理論學(xué)習(xí)中，其具體的探索課題豐富多彩。如電磁場(chǎng)傳播過程邊界條件所涉及流連續(xù)的認(rèn)識(shí)和理解，在教學(xué)中是重點(diǎn)也為理解的難點(diǎn)，該過程可延伸至物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)中的粒子流守恒情況，普遍符合希爾伯特空間中的概率流守恒；或?qū)σ恍┨厥馕锢碇R(shí)點(diǎn)的理解和歸納，如電磁介質(zhì)的極化和磁化，電流密度在不同空間的定義等；另外，對(duì)于電磁波在不同介質(zhì)的傳播過程，可歸結(jié)為電子波函數(shù)在不同介質(zhì)傳播的特例，其傳播規(guī)律不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與傳播的層數(shù)有關(guān)，在材料科學(xué)發(fā)展日新月異的今天，可拓展至電磁波在許多新興材料中的傳播，這既有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固和積累，也有利于將理論與實(shí)踐相結(jié)合，更有利于學(xué)生把握科學(xué)前沿問題，樹立起一個(gè)合適而獨(dú)立的科學(xué)研究新起點(diǎn)。

例如，對(duì)于熱門知識(shí)點(diǎn)，可在具體章節(jié)充實(shí)工程應(yīng)用實(shí)例，增強(qiáng)現(xiàn)代化氣息，擴(kuò)大知識(shí)面，同時(shí)引進(jìn)前沿研究進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。對(duì)電磁傳播過程邊界條件流連續(xù)的認(rèn)識(shí)和理解，教學(xué)中是重點(diǎn)也是理解的難點(diǎn)，該過程可延伸至粒子普遍遵守的粒子數(shù)守恒定律，從而將課本中簡(jiǎn)單的理論結(jié)果推廣至一個(gè)普遍規(guī)律。另外在講解電磁波的傳播特性時(shí)，通過介紹熱門研究課題如電磁波在超材料、不同形狀的空間、損耗媒質(zhì)等環(huán)境中的傳播規(guī)律等，增強(qiáng)認(rèn)識(shí)電磁波在現(xiàn)代科技生活中的應(yīng)用與研究。

基于以上三點(diǎn)，在課堂教學(xué)中，我們堅(jiān)持采用多媒體模式和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的方式。對(duì)概念多、理解難、圖形圖表復(fù)雜的章節(jié)，采用多媒體教學(xué)；對(duì)需要推理和與學(xué)生互動(dòng)要求較多的章節(jié)，則采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，獲得了較好的教學(xué)效果。在本項(xiàng)目實(shí)踐中，我們堅(jiān)持對(duì)圖形輔助分析教學(xué)模式的開發(fā)，努力以“三化”教研教改的核心思想進(jìn)行全面教研探索，將其靈活應(yīng)用于課堂教學(xué)中。

三 結(jié)語(yǔ)

《電磁場(chǎng)理論》課程在電子電氣類專業(yè)中占有重要學(xué)科地位，是具有鮮明特點(diǎn)的核心理論課程， 如何組織好該課程的教學(xué)非常重要。本文主要從教學(xué)內(nèi)容中數(shù)學(xué)概念認(rèn)識(shí)、物理定律理解和熱門知識(shí)點(diǎn)了解這三個(gè)方面，聯(lián)系合理的教學(xué)理念、合適的教學(xué)方法進(jìn)行了改革創(chuàng)新的初步探索，教學(xué)實(shí)踐表明該課程的教學(xué)改革有效可行。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李朋偉，張文棟等. “電磁場(chǎng)與電磁波”課程教改與實(shí)踐[J]，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（4）： 43-44

[3] 田雨波，張貞凱.“電磁場(chǎng)理論”教學(xué)改革初探[J]，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（1）： 11-13

[4] 劉芫鍵.《電磁場(chǎng)理論》課程教學(xué)改革研究[J]，科技信息，2011（8）： 12